回轉(zhuǎn)窯飛沙料的預(yù)防

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1、也談飛砂產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)防摘要:從硅酸鹽物理化學(xué)角度討論飛砂的成因。飛砂產(chǎn)生與否主要取決于熟料液相量和液相性質(zhì)(主要是表面張力)。飛砂有兩類:一類是熟料液相量太少而產(chǎn)生；另一類是粘散料，由于液相表面張力太小所致。堿、硫和MgO等微組分含量高能使液相表面張力降低，特別是堿的硫酸鹽含量高將使液相表面張力降低更明顯。提出了減少和避免飛砂的措施。0　引言　　所謂飛砂是回轉(zhuǎn)窯燒成帶產(chǎn)生大量細(xì)粒并飛揚(yáng)的熟料。這種飛砂料的大小一般在1mm以下，在窯內(nèi)到處飛揚(yáng)[1]。飛砂料的出現(xiàn)，既影響熟料質(zhì)量，又影響窯的操作。據(jù)報(bào)

2、導(dǎo)[2]，大同水泥廠曾因飛砂料的出現(xiàn)被迫降低煅燒溫度，從而使熟料強(qiáng)度下降5MPa。關(guān)于飛砂的成因，文獻(xiàn)[1]認(rèn)為，主要是SiO2含量太高、Al2O3和Fe2O3含量太低，因而液相出現(xiàn)太慢、液相量太少，熟料難以結(jié)粒，導(dǎo)致飛砂；另一原因是火焰太長(zhǎng)，煅燒溫度不夠高，在料層中還存在大量不飛揚(yáng)的料粒，未能結(jié)粒，待物料進(jìn)入冷卻帶，細(xì)料粒才到處飛揚(yáng)。文獻(xiàn)[1]還提出，克服飛砂的方法，若是由于SiO2太高引起則應(yīng)適當(dāng)降低硅酸率；若是由于煅燒操作中火焰太長(zhǎng)而引起，則應(yīng)適當(dāng)縮短火焰或縮短高溫帶。筆者認(rèn)為，還有一種飛砂

3、是由于粘散料引起，而粘散料的產(chǎn)生則是由于高溫液相的表面張力太小所致。喬齡山[3]在分析飛砂形成機(jī)理時(shí)認(rèn)為，“國(guó)內(nèi)水泥生產(chǎn)者忽視了液相表面張力和結(jié)粒的問(wèn)題”，“要使熟料有一定的結(jié)粒度，熟料液相應(yīng)有足夠的表面張力才能結(jié)成較好的顆?！?。他還指出:“硫酸鹽飽和度過(guò)高降低了液相粘度和表面張力”。這些觀點(diǎn)筆者很贊同。他所提出的表面張力太小形成的飛砂實(shí)際上是一種粘散料，這種飛砂的產(chǎn)生與液相量少所引起的飛砂在機(jī)理上完全不同。因此，解決這種飛砂的措施也應(yīng)該完全有別于液相量少所產(chǎn)生的飛砂。本文在前人研究工作的基礎(chǔ)上從

4、硅酸鹽物理化學(xué)角度討論飛砂的成因并提出預(yù)防和解決飛砂問(wèn)題的措施或途徑。1　回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料結(jié)粒的機(jī)理　　從水泥工藝學(xué)原理看，水泥熟料是一種多礦物的集合體，是結(jié)晶細(xì)小的人造巖石。這些結(jié)晶一般都在100μm以下，即小于0.1mm。有人認(rèn)為，水泥熟料中礦物晶體的平均尺寸為:阿利特65μm以下，貝利特55μm以下。出冷卻機(jī)的熟料塊度一般都在5～25mm，甚至更大些，是什么力量使幾十微米的小晶體“粘結(jié)”成幾毫米至幾十毫米的熟料？答案是熟料液相，是熟料液相將這些細(xì)小的晶體“粘結(jié)”起來(lái)。因此，熟料液相的數(shù)量和性質(zhì)對(duì)

5、熟料的結(jié)粒大小起著關(guān)鍵作用。液相的什么性質(zhì)使它對(duì)小晶體有粘結(jié)力？主要是表面張力?！　∷嗍炝系臒Y(jié)是在有液相的情況下進(jìn)行的。在固相反應(yīng)之前，物料呈粉狀。在過(guò)渡帶主要是固相反應(yīng)，生料中的CaO與SiO2、Al2O3、Fe2O3起化學(xué)反應(yīng)生成C2S、C3A和C4AF，此外尚有一部分未起化學(xué)反應(yīng)的CaO(約12%～13%)，物料呈細(xì)粒狀或粉狀。到了燒成帶，隨著煅燒溫度提高，開(kāi)始出現(xiàn)液相，其液相量大約在20%～28%。在水泥熟料燒結(jié)過(guò)程中，液相有2種作用:一是為C2S+CaO→C3S的反應(yīng)提供條件，使C2

6、S和CaO溶于液相起化學(xué)反應(yīng)，生成C3S；另一作用是像“膠結(jié)劑”一樣，潤(rùn)濕窯內(nèi)物料，從而使出窯熟料塊度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于入窯物料的粒度?！　墓杷猁}物理化學(xué)角度看，物料燒結(jié)的主要?jiǎng)恿κ橇Ｗ拥谋砻鎻埩?。物料燒結(jié)一種是固相與固相之間的燒結(jié)；另一種是有液相或汽相情況下的燒結(jié)。我們首先討論有液相而不存在化學(xué)反應(yīng)情況下的燒結(jié)。文獻(xiàn)[4]認(rèn)為，使粒子拉緊的毛細(xì)管力主要有2部分:一是沿液相彎曲表面的2個(gè)方向上的壓力差引起的力ΔP=σ(1/ρ2-1/ρ1)，式中σ和ρ2、ρ1分別為液相彎曲面上的表面張力和半徑，見(jiàn)圖1。液相

7、內(nèi)部的壓力比外部的小，顆粒在力的作用下受到壓緊作用，其作用力F1=ΔP?S，式中S為液相與固體界面壓力的垂直方向的投影面積，即粒子之間的凹橋強(qiáng)度與液相表面張力及粒子的直徑成正比；另一作用力是沿液相與固體接觸的周長(zhǎng)，由液相表面張力引起的力F2。F2=Cσsin(ψ+θ)，C表示濕潤(rùn)周長(zhǎng)；ψ表示取決于液相量的角；θ表示濕潤(rùn)邊界角。拉緊顆粒的總力為F=F1+F2。從上面的公式可看出，這2種拉緊顆粒的力都與表面張力成正比。另外，存在著將2個(gè)顆粒分開(kāi)的外力，此力與顆粒的質(zhì)量P即與顆粒直徑的三次方成正比，因此

8、由表面張力粘結(jié)而成的顆粒強(qiáng)度與液相表面張力成正比，而與粒徑成反比。即最終團(tuán)粒的大小取決于表面張力和粒徑大小。當(dāng)顆粒尺寸因粘結(jié)而增大到一定程度時(shí)，顆粒不再增大。在水泥熟料煅燒過(guò)程中，若液相包圍的是化學(xué)成分相同的2個(gè)粒子，則這2個(gè)粒子只能靠冷卻時(shí)液相的凝固而把它們連接起來(lái)。圖1　顆粒和液相薄層燒結(jié)時(shí)它們之間作用力圖解[4]　　不過(guò)，在熟料顆粒生長(zhǎng)時(shí)，2個(gè)化學(xué)成分不同的粒子如C2S和CaO，則表面張力的粘結(jié)可為結(jié)晶所代替。因?yàn)镃2S和CaO通過(guò)溶解擴(kuò)散進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而結(jié)晶出C3S，粒子由固